FR2936343A1 - Procede et dispositif pour limiter le nombre des alertes emises par un systeme anticollision monte a bord d'un avion - Google Patents

Abstract

Selon l'invention, la durée d'une phase de capture d'une altitude de consigne par l'avion (AC) est ajustée pour qu'un temps de collision théorique avec un aéronef intrus soit supérieur à un seuil prédéterminé, lorsque l'avion (AC) est proche de ladite altitude de consigne et qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion (AC).

Description

i La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la prévention automatique des alertes inutiles engendrées par les systèmes anticollision embarqués à bord des avions, lors d'un changement d'altitude, ainsi qu'un avion pourvu d'un tel dispositif.

On sait que la plupart des avions de ligne sont équipés de systèmes anticollision (généralement appelés systèmes TCAS pour Traffic Collision Avoidance Systems) qui permettent d'assurer la sécurité du trafic aérien en prévenant les risques de collision en vol. Ainsi, lorsque deux avions convergent l'un vers l'autre, leurs sys- 0 tèmes anticollision calculent une estimation du temps de collision et émettent une alerte informant les équipages de chaque avion d'une possible future collision : une telle alerte est généralement appelée avis de trafic ou alerte TA . Le cas échéant, lesdits systèmes anticollision émettent de plus, à l'attention de l'équipage, un ordre de manoeuvre d'évitement dans 15 le plan vertical afin de sortir de la situation de possibilité de collision : un tel ordre de manoeuvre d'évitement est généralement appelé avis de ré-solution ou alerte RA . Les alertes TA et RA sont matérialisées par des messages vocaux et par l'affichage d'informations dans les cabines de pilotage. 20 En pratique, un système anticollision embarqué calcule un temps de collision dans le plan horizontal (rapport entre la distance horizontale des deux avions et leur vitesse horizontale relative) et un temps de collision dans le plan vertical (rapport entre la distance verticale des deux avions et leur vitesse verticale relative). Lesdits temps de collision ainsi 25 calculés sont comparés à des seuils prédéterminés pour les alertes TA et pour les alertes RA (lesdits seuils prédéterminés étant par ailleurs fonction de l'altitude) et lesdites alertes sont déclenchées lorsque lesdits temps de collision calculés sont inférieurs aux seuils prédéterminés correspondants. Par ailleurs, on sait qu'il est fréquent qu'un avion doive capturer (en montant ou en descendant) un niveau d'altitude stabilisé voisin d'un autre niveau d'altitude attribué à un autre avion et que, selon les règles de navigation aérienne, deux niveaux d'altitude stabilisés voisins ne sont séparés que de 300 m (1000 pieds). Aussi, à cause de cette faible différence d'altitude entre les ni-veaux d'altitude stabilisés, de la vitesse verticale élevée des avions mo- Bernes et de l'importance du trafic aérien, lesdits systèmes anticollision engendrent de nombreuses alertes TA et RA, alors même que l'avion, évoluant verticalement pour changer d'altitude, manoeuvre correctement sans risque de collision avec un autre avion. Ces alertes induisent beau-coup de stress et sont jugées opérationnellement inutiles par les pilotes, puisque la manoeuvre de changement d'altitude est correcte et leur prise en compte conduit dans la plupart des cas à une perturbation du trafic. De plus, les alertes RA durant les phases de capture d'altitude sont très nombreuses et on estime qu'elles représentent actuellement plus de 50% du total de ces alertes dans l'espace européen, ce pourcentage étant amené à augmenter dans le futur par suite du développement du trafic aérien. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. A cette fin, grâce à l'invention, le procédé pour limiter le nombre des alertes émises par un système anticollision monté à bord d'un avion qui effectue une manoeuvre de changement d'altitude comportant une phase de capture d'une altitude de consigne, ledit système anticollision étant apte à détecter un aéronef intrus se trouvant dans l'environnement aérien dudit avion, à calculer un temps de collision théorique entre ledit avion et ledit aéronef intrus et à émettre au moins une alerte lorsque ce temps de collision théorique est inférieur à un seuil prédéterminé, est remarquable en ce que, lorsque ledit avion est proche de ladite altitude de consigne et qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion, la durée de ladite phase de capture est ajustée pour que ledit temps de colli- sion théorique soit supérieur audit seuil prédéterminé. Ainsi, en maintenant le temps de collision théorique supérieur audit seuil prédéterminé en ajustant la durée de la phase de capture, on évite le déclenchement intempestif d'alertes inutiles, voire même nuisibles, sans pour autant mettre en péril la sécurité dudit avion et de l'aéronef intrus. 1 o La durée de ladite phase de capture peut être ajustée par contrôle de la vitesse verticale dudit avion. Un tel contrôle peut par exemple consister à maintenir ladite vitesse verticale au-dessous d'un seuil de vitesse, ce qui permet dans ce cas d'allonger la durée de la phase de capture. 15 En variante ou en complément, la durée de ladite phase de capture peut également être ajustée par un commencement anticipé de celle-ci. Selon l'invention, on peut considérer que ledit avion est proche de ladite altitude de consigne lorsque la valeur absolue de la différence de ladite altitude de consigne et de l'altitude courante dudit avion est infé- 20 rieure à un seuil de hauteur représentatif de la zone d'occurrence de ladite alerte. En outre, selon l'invention, on considère qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion lorsque : soit la configuration de capture de ladite altitude de consigne par l'avion 25 est semblable à une configuration de capture de référence susceptible de déclencher au moins une alerte inutile ; soit ledit temps de collision théorique est inférieur audit seuil prédéterminé augmenté d'une marge temporelle. Ainsi, on peut anticiper le dé- clenchement d'une alerte avec la marge sur le seuil prédéterminé. Cette condition peut éventuellement être combinée avec la précédente ; soit au moins une alerte est émise par ledit système anticollision de l'avion, cette condition pouvant être combinée avec la première.

Par ailleurs, l'invention concerne un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit permettant de limiter le nombre des alertes émises par un système anticollision monté à bord d'un avion qui effectue une manoeuvre de changement d'altitude comportant une phase de capture d'une altitude de consigne, ledit système anticollision étant apte à détecter un aéronef intrus se trouvant dans l'environnement aérien dudit avion, à calculer un temps de collision théorique entre ledit avion et ledit aéronef intrus et à émettre au moins une alerte lorsque ce temps de collision théorique est inférieur à un seuil prédéterminé. Selon l'invention, le dispositif comporte : des moyens de commande activables pour ajuster automatiquement la durée de la phase de capture de sorte que ledit temps de collision théorique soit supérieur audit seuil prédéterminé ; et des moyens d'activation aptes à recevoir automatiquement des informations dudit système anticollision et à activer lesdits moyens de corn- mande lorsque ledit avion est proche de ladite altitude de consigne et qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion. En outre, les moyens de commande pour ajuster la durée de la phase de capture peuvent par exemple établir un ordre de vitesse verticale destiné à un calculateur de vol de l'avion commandant les surfaces de contrôle longitudinal et/ou les moteurs de celui-ci, et/ou déclencher par anticipation la phase de capture de l'altitude de consigne, ce qui augmente le temps de capture de l'altitude de consigne. L'invention concerne également un aéronef pourvu d'un dispositif tel que mentionné ci-dessus.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention permettant de limiter les alertes émises par un système anticollision monté à bord d'un avion AC. Les figures 2A et 2B représentent sous forme schématique l'avion AC lors d'une manoeuvre de changement d'altitude avec une capture d'altitude de consigne, respectivement en phase de descente (figure 2A) et en phase de montée (figure 2B). Les figures 3 et 4 illustrent chacune, de façon schématique, un exemple d'une configuration de référence de capture de l'altitude de consigne par l'avion AC conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté sous forme synoptique un disposi- tif 1, conforme à l'invention, embarqué à bord d'un avion AC. Un tel dis-positif 1 est destiné à limiter le nombre des alertes émises par un système anticollision TCAS 2 monté à bord de l'avion AC, lorsque ce dernier effectue une manoeuvre de changement d'altitude pour capturer une altitude de consigne Zc. Sur cette figure, le dispositif 1, le système anticollision 2 et un calculateur de vol 5 sont représentés extérieurs à l'avion AC, alors que, en réalité, ils sont montés à bord de ce dernier. De façon usuelle, le système anticollision 2 est apte à détecter un aéronef intrus dans l'environnement dudit avion AC, à calculer un temps de collision théorique tooi entre celui-ci et ledit aéronef intrus et à émettre une alerte à l'attention de l'équipage de l'avion AC dans le cas où ledit temps de collision théorique est inférieur à un seuil prédéterminé. Comme le montre la figure 1, un tel dispositif 1 comporte : ù des moyens d'activation 3, reliés au système anticollision 2 de l'avion AC par l'intermédiaire respectivement de la liaison L1. Ces moyens d'activation 3 reçoivent ainsi des informations relatives à l'aéronef intrus (par exemple son altitude). Ils reçoivent également, par l'intermédiaire de la liaison L2, des informations relatives à l'avion AC (par exemple sa vitesse verticale, son altitude, etc...) provenant de ses différents instruments de mesure embarqués (non représentés). Lorsque des conditions d'engagement (détaillées par la suite) sont réalisées, les moyens d'activation 3 sont aptes à activer automatiquement des moyens de commande 4 ; et les moyens de commande 4, qui sont reliés aux moyens d'activation 3 par l'intermédiaire de la liaison L3. Ils reçoivent, par l'intermédiaire de la liaison L4, des données représentatives de l'état dudit avion AC. Lorsqu'ils sont activés par les moyens d'activation 3, les moyens de commande 4 sont aptes à déterminer un ordre de vitesse verticale (de la façon décrite ci-après) à appliquer à l'avion AC pour éviter le déclen- chement d'une alerte et à le transmettre au calculateur de vol 5 de l'avion AC. En variante ou en complément, après avoir été activés par les moyens d'activation 3, les moyens de commande 4 peuvent déclencher de manière anticipée la phase de capture de l'altitude de consigne Zc.

Le calculateur de vol 5, relié notamment aux moyens de commande 4 par l'intermédiaire de la liaison L5, est apte à délivrer des ordres de commande, par l'intermédiaire des liaisons L6, par exemple aux actionneurs des surfaces 6 permettant le contrôle longitudinal de l'avion AC (gouvernes de profondeur, aérofreins) et/ou aux moteurs 7 dudit avion, de manière à appliquer l'ordre de vitesse verticale déterminé par les moyens de commande 4. Sur les figures 2A et 2B, on a représenté schématiquement l'avion AC au cours d'une manoeuvre de changement d'altitude avec capture d'une altitude de consigne Zc, respectivement en descente (figure 2A) et en montée (figure 2B). Comme représenté, une telle manoeuvre de changement d'altitude comporte les trois phases successives suivantes : une phase de descente (ou de montée), au cours de laquelle la trajec- toire d'approche 8 de l'avion AC est sensiblement rectiligne et est par- courue à une vitesse verticale sensiblement constante jusqu'à un point 9 se trouvant à une hauteur h au-dessus (ou au-dessous) de l'altitude de consigne Zc à rejoindre ; une phase de capture d'altitude, au cours de laquelle la trajectoire de capture 10 de l'avion AC est arrondie, par exemple parabolique, et vient tangenter en 11 l'altitude de consigne Zc ; et une phase de stabilisation, au cours de laquelle la trajectoire 12 de l'avion AC suit ladite altitude de consigne Zc. Le temps de capture d'altitude tcap correspond au temps de vol de l'avion AC sur la trajectoire 10, entre les points 9 et 11. II est déterminé par la loi de capture d'altitude pilotant automatiquement la manoeuvre. Bien que l'avion AC exécute correctement sa capture d'altitude de consigne Zc et qu'il n'y ait aucun risque de collision avec un aéronef intrus Al, il est possible que le système anticollision 2 dudit avion AC émette une alerte, par exemple parce qu'il a détecté un tel aéronef intrus Al au-delà de l'altitude de consigne Zc. Une telle alerte est donc inutile, et même nuisible et l'objet de la présente invention est donc de l'éliminer. Pour ce faire, on ralentit ledit avion AC dans sa capture d'altitude de consigne Zc, par exemple en agissant sur les surfaces de contrôle longitudinal et/ou le régime des moteurs dudit avion AC.

En supposant, comme cela est représenté sur les figures 2A et 2B, que : ù l'avion AC se trouve en un point Mo de la trajectoire de capture 10 correspondant à une altitude Zo, qui diffère de l'altitude de consigne Zc d'une hauteur AZ, la vitesse verticale dudit avion AC étant égale à Vzo au point Mo ; - l'altitude de l'aéronef intrus Al est égale à Zi ; et - le seuil prédéterminé du système anticollision de l'avion AC (par exem- ple le seuil d'alerte RA) est alors désigné par S, la prévention d'une alerte sera réalisée si la valeur absolue du rapport (Zi-Zo)/Vzo) 1 est supérieure audit seuil S (soit 1(Zi-Zo)/Vzo) I > S), c'est-à-dire si Vzo est inférieure au rapport I Zi-Zo l/S (soit Vzo < IZi-Zo (/S). Ainsi, la vitesse verticale Vzo de l'avion AC, permettant de préve- nir les alertes anticollision, peut être estimée à chaque instant en fonction de l'altitude Zo de l'avion AC (connue par les altimètres de bord), de l'altitude Zi de l'aéronef intrus Al (déterminée par le système anticollision de l'avion AC) et dudit seuil S dudit système anticollision. Si, conformément aux règles de séparation aérienne en vigueur, l'altitude Zi de l'aéronef intrus Al est séparée de 300 m (1000 pieds) de l'altitude de consigne Zc, la vitesse verticale Vzo de l'avion AC doit être inférieure à (AZ + 300)/S (soit Vzo AZ + 300)/S). En variante ou en complément de ce qui précède, et comme également représenté sur les figures 2A et 2B, un ralentissement de l'avion AC dans sa capture de l'altitude de consigne Zc peut de plus être obtenu en anticipant la capture de l'altitude de consigne Zc, c'est-à-dire en déclenchant la phase de capture de l'altitude Zc en un point 9' de la trajectoire d'approche 8 de hauteur h + dh supérieure à la hauteur h du point 9. Le temps de capture est alors augmenté de dtcap par rapport au temps de capture tcap. Après une telle anticipation, la vitesse verticale Vzo de l'avion AC peut être limitée de la façon décrite ci-dessus. On remarquera que, si le procédé conforme à la présente invention décrit en regard des figures 2A et 2B permet d'éliminer des alertes inuti- les, en revanche il allonge de façon significative le temps nécessaire à l'avion AC pour rejoindre l'altitude de consigne Zc. Aussi, selon un autre aspect de la présente invention, le processus de ralentissement dudit avion AC est limité à des conditions d'engagement judicieusement définies afin d'éviter le rallongement systématique de tou- tes les manoeuvres de capture d'altitude. Ainsi, selon une réalisation préférée de l'invention, le processus de ralentissement de l'avion AC est mis en oeuvre lorsque les conditions d'engagement suivantes sont réalisées simultanément : ù une première condition relative à la proximité de l'avion AC vis-à-vis de l'altitude de consigne Zc à rejoindre. En supposant qu'à un instant t, l'avion AC se trouve à une altitude courante Z(t) et suit la trajectoire d'approche 8 (phase de montée ou de descente précédant la phase de capture) ou bien la trajectoire de capture 10, la première condition est réalisée lorsque la valeur absolue de la différence de l'altitude de consigne Zc et de l'altitude courante Z(t) de l'avion Z(t) est inférieure à un seuil de hauteur Sh (soit ~ Zc-Z(t) < Sn), le seuil de hauteur Sh étant représentatif de la zone d'occurrence des alertes TA et RA lors d'une phase de descente (ou de montée) précédant la phase de capture de l'altitude Zc ou lors de la phase de capture elle-même. Ainsi, cette première condition permet de restreindre l'engagement du processus de ralentissement aux phases précitées, au cours de laquelle il est préférable de réduire la vitesse verticale de l'avion AC parce que potentielle-ment génératrice d'alertes TA ou RA ; et ù une seconde condition relative à un trafic aérien dans une zone prédéterminée environnant ledit avion AC. Cette seconde condition permet de restreindre l'engagement du processus de ralentissement du-dit avion AC uniquement lorsque la proximité avec un aéronef intrus AI justifie une réduction de vitesse verticale. Elle peut faire intervenir diffé- rentes informations fournies par le système anticollision TCAS (alerte TA et alerte RA, données relatives à l'aéronef intrus Al). Ainsi, dans un premier exemple de réalisation, le système anticollision TCAS détermine les informations suivantes : la présence ou non d'un aéronef intrus Al dans une zone prédéterminée de détection, par exemple une zone rectangulaire centrée sur l'avion AC et définie par un côté vertical de 3600 m (18000 pieds) et un côté horizontal de 55 km (30 miles nautiques) ; et, en cas détection d'un aéronef intrus Al dans ladite zone de détec- tion, des paramètres associés audit aéronef intrus Al (altitude relative, vitesse verticale, etc...) L'analyse des informations précitées fournies par le système anticollision 2 permet de caractériser la configuration de capture de l'altitude de consigne Zc par l'avion AC en fonction de l'aéronef intrus. On compare ensuite cette configuration de capture à des configurations de capture de référence, qui nécessitent le déclenchement du processus de ralentisse-ment dudit avion AC pour prévenir les alertes inutiles TA (et a fortiori les alertes RA). Ainsi, dans ce premier exemple de réalisation, la seconde condition est vérifiée lorsque la configuration de capture de l'altitude de consigne Zc par l'avion AC est semblable à une des configurations de référence précitées. Comme le montre la figure 3, une configuration de référence peut être caractérisée par : un aéronef intrus Al en vol palier à un niveau d'altitude stabilisé Zi ; l'avion AC en phase de montée (ou de descente dans une variante de cette configuration non représentée sur la figure 3) convergeant vers cet aéronef intrus Al ; et l'altitude de consigne Zc située 300 m (1000 pieds) au-dessous (ou au-dessus dans la variante) du niveau d'altitude stabilisé Zi. En outre, sur la figure 4, on a représenté une autre configuration de référence qui peut être caractérisée par : ù un aéronef intrus Al en phase de montée (ou de descente dans une va- riante de cette configuration non représentée sur la figure 4) ; l'avion AC en phase de descente (ou de montée dans la variante) convergeant vers l'aéronef intrus Al ; l'altitude de consigne Zc située entre l'avion AC et l'aéronef intrus Al ; et l'altitude de consigne Zi de l'aéronef Al située 300 m (1000 pieds) au-dessous (ou au-dessus dans la variante) du niveau d'altitude consigne Zc. En variante ou en complément, dans un deuxième exemple de réalisation, la seconde condition est vérifiée lorsque le temps de collision théorique tco~ (précédemment décrit) est inférieur au seuil S (par exemple d'alerte TA) augmenté d'une marge T (soit tcol<(S+T)). Ainsi, on peut anticiper une alerte TA avec une marge T sur le seuil d'alerte S. Bien entendu, il est envisageable de combiner les secondes condi- tions du premier et du second exemples de réalisation, de manière à for-mer une nouvelle seconde condition réalisée lorsque la configuration de capture de l'avion AC est semblable à une configuration de référence et que le temps de collision théorique tco~ est tel que tcoi<(S+T). Par ailleurs, dans une variante de la réalisation préférée, la seconde condition relative au trafic aérien est vérifiée dès qu'une alerte TA est émise par le système anticollision 2, ce qui permet uniquement de prévenir l'émission d'alerte RA.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour limiter le nombre des alertes émises par un système anticollision (2) monté à bord d'un avion (AC) qui effectue une manoeuvre de changement d'altitude comportant une phase de capture (10) d'une altitude de consigne (Zc), ledit système anticollision (2) étant apte à détecter un aéronef intrus (Al) se trouvant dans l'environnement aérien dudit avion (AC), à calculer un temps de collision théorique entre ledit avion (AC) et ledit aéronef intrus (Al) et à émettre au moins une alerte lorsque ce temps de collision théorique est inférieur à un seuil prédéter- miné, caractérisé en ce que, lorsque ledit avion (AC) est proche de ladite altitude de consigne (Zc) et qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion (AC), la durée de ladite phase de capture est ajustée pour que ledit temps de collision théorique soit supérieur audit seuil prédéterminé.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de ladite phase de capture est ajustée par contrôle de la vitesse verticale (Vzo) dudit avion (AC).
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la durée de ladite phase de capture est ajustée par un commencement anticipé de celle-ci.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit avion (AC) est proche de ladite altitude de consigne (Zc) lorsque la valeur absolue de la différence de ladite altitude de consigne (Zc) et de l'altitude courante dudit avion (AC) est inférieure à un seuil de hauteur représentatif de la zone d'occurrence de ladite alerte.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion (AC) lorsque la configuration de capture de ladite altitude de consi- gne (Zc) par l'avion (AC) est semblable à une configuration de capture de référence.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion (AC) lorsque ledit temps de collision théorique est inférieur audit seuil prédéterminé augmenté d'une marge temporelle.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un trafic aérien existe dans l'environnement dudit avion (AC) lorsqu'au moins une telle alerte est émise par ledit système anticollision de l'avion (AC).
8. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que spécifié sous l'une des revendications 1 à 7 permettant de limiter le nombre des alertes émises par un système anticollision (2) monté à bord d'un avion (AC) qui effectue une manoeuvre de changement d'altitude comportant une phase de capture d'une altitude de consigne (Zc), ledit système anticollision (2) étant apte à détecter un aéronef intrus (Al) se trouvant dans l'environnement aérien dudit avion (AC), à calculer un temps de collision théorique entre ledit avion (AC) et ledit aéronef intrus (Al) et à émettre au moins une alerte lorsque ce temps de collision théorique est inférieur à un seuil prédéterminé, caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens de commande (4) activables pour ajuster automatiquement la durée de la phase de capture de sorte que le temps de collision théorique soit supérieur audit seuil prédéterminé ; et des moyens d'activation (3) aptes à recevoir automatiquement des informations dudit système anticollision (2) et à activer lesdits moyens de commande (4) lorsque ledit avion (AC) est proche de ladite altitude de consigne (Zc) et qu'un trafic aérien existe dans l'environnement du-dit avion (AC).
9. 9. Avion, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) tel que spécifié sous la revendication 8.